JPS63129130A - Gas turbine drive with gas generator - Google Patents

Gas turbine drive with gas generator

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JPS63129130A
JPS63129130A JP62253906A JP25390687A JPS63129130A JP S63129130 A JPS63129130 A JP S63129130A JP 62253906 A JP62253906 A JP 62253906A JP 25390687 A JP25390687 A JP 25390687A JP S63129130 A JPS63129130 A JP S63129130A
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JP
Japan
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turbine
gas
drive
transmission device
compressor
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JP62253906A
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Inventor
ヘルマン・クリンゲルス
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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Publication date
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284—Selection of ceramic materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/107—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor with two or more rotors connected by power transmission
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧縮機と、燃焼室と、圧縮機は連結されなタ
ービンとから成り立っており、タービンのタービン段が
、少なくとも、部分的に、セラミック材料から成り立っ
ているガス発生機を有しているガスタービン駆動装置に
関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention comprises a compressor, a combustion chamber, and a turbine in which the compressor is uncoupled, the turbine stages of the turbine comprising, at least in part, a ceramic material. The present invention relates to a gas turbine drive device having a gas generator.

ＬＬ１Ｌ ガスタービン駆動装置のガス発生機は、圧縮された、膨
張により出力タービンの中、又は、推力ノズルの中に、
出力を供給することができる作動ガスの準備に役立つも
のである。ガスタービンのできる限り有効な作動様式の
ためには、個々の部材の良好な効率及び最大可能な高い
熱効率が重要である。熱効率を改善するためには、ター
ビンへの進入温度を益々高くするという努力がなされて
いる。しかしながら、この場き、タービン領域内におい
て、どのような金属材料が、強力な冷却の際にも、また
、熱的負荷及び機械的負荷に耐えることができるかとい
う、温度の限界に突き当たる０羽根冷却すらも、その場
合、効率劣化の結果となる。なぜならば、圧縮された空
気の一部分が、分岐されなければならず、１ヤ動過程に
使用することができないからである。その上、冷却剤の
流れが、格子流れに負に影響を与える。特に、小さなガ
スタービンにおいては、複雑な冷却系統を設置すること
は、経費を数倍とし、又は、不可能とさせる。それ故、
熱的に最高に負荷される構成部材を、損失に関係する冷
却無しに、温度を更に向上させることができるように。LL1L The gas generator of the gas turbine drive is compressed and expands into the power turbine or into the thrust nozzle.
It serves to prepare the working gas that can supply the power. A good efficiency of the individual components and a maximum possible high thermal efficiency are important for the most efficient operating mode of the gas turbine. In order to improve thermal efficiency, efforts are being made to increase the entry temperature to the turbine increasingly. However, in this case, in the turbine area, the zero blades reach the temperature limit of what metal materials can withstand thermal and mechanical loads even during intense cooling. Even cooling then results in reduced efficiency. This is because a part of the compressed air has to be diverted and cannot be used for one wheeling process. Moreover, the coolant flow negatively affects the grid flow. Particularly in small gas turbines, installing a complex cooling system increases the cost several times or makes it impossible. Therefore,
The temperature of the most thermally loaded components can be further increased without loss-related cooling.

セラミック材料から作ることを試みている。We are trying to make it from ceramic material.

しかしながら、より高い耐熱性、大きなり耗及び腐食抵
抗性、小さな密度及び熱膨張というセラミックの利点に
、従来この材料の挿入を、非常に問題が現れるようにす
る欠点が対立する。この欠点には、小さな負荷負担能力
、もろさによる望ましくない破壊条件、材料品質の著し
いばらつきが属する。However, the advantages of ceramics, such as higher temperature resistance, greater abrasion and corrosion resistance, lower density and thermal expansion, are opposed by disadvantages that traditionally make the insertion of this material very problematic. These disadvantages include a low load-bearing capacity, undesirable failure conditions due to brittleness, and significant variations in material quality.

必要とされるタービン回転数の際に生ずる遠心力負荷は
、セラミック材料製のタービン羽根車、又は、タービン
羽根が、従来、標準的な装入に対して成功を達成させな
いように、大きなものである。The centrifugal loads occurring at the required turbine speeds are so great that turbine impellers or turbine blades made of ceramic materials have hitherto not been successful for standard charging. be.

ドイツ公開特許第２４２４８９５号公報から、セラミッ
クガスタービン段び遠心力応力を、この段を苦しく小さ
な半径により構成することにより、減少させることが知
られている。その上、ガス発生機な減少された回転数に
より駆動する。圧縮機は、ある定められた圧力関係に持
って来ることが必要であるので、このことは、減少され
た回転数においては、圧１ｉｌ！機の羽根車のより大き
な半径を怠昧する。圧縮機羽根車の輪郭は、非常に不都
自な形状を取り、従って、この部品における効率の劣化
が問題となる。It is known from DE 24 24 895 A1 to reduce the centrifugal stresses in a ceramic gas turbine stage by constructing this stage with a painfully small radius. Moreover, it is driven by a reduced rotational speed of the gas generator. Since the compressor needs to be brought to a certain defined pressure relationship, this means that at reduced speed, the pressure 1il! Lazy larger radius of the impeller of the machine. The profile of the compressor impeller has a very unfavorable shape, and therefore efficiency degradation in this component is a problem.

その上、小さな、ゆっくりと回転する第一のガス発生機
タービン段は、圧縮機の駆動のために必要である出力を
発生する立場には無い。それ故、欠けている出力を後続
する第二のタービン段により、準備しなければならない
。この、より高い回転数により運転している段は、制御
可能な伝導装置を介してガス発生機と連結される。Moreover, the small, slowly rotating first gas generator turbine stage is not in a position to generate the power needed to drive the compressor. Therefore, the missing power must be provided by a subsequent second turbine stage. This higher rotational speed stage is connected to the gas generator via a controllable transmission.

高い構造的経費にもかかわらず、この配置は、望ましく
無い圧縮機の運転のために、小さな効率を有している。Despite the high constructional outlay, this arrangement has a small efficiency due to undesirable compressor operation.

口（””７゜ それ故、本発明の課題は、ガス発生機における最小の手
段により、セラミック材料の標準的な装入を妨害してい
る問題を除去し、圧縮機及びタービンを、それぞれ、最
善の回転数及び効率で駆動することにある。It is therefore an object of the present invention to eliminate, with minimal measures, the problems which hinder the standard charging of ceramic materials in gas generators, and to replace the compressor and turbine, respectively, with The aim is to drive at the best rotational speed and efficiency.

。　　　　’７ｆ−− この課題の解決は、本発明により、次の特徴の組み合わ
せにより生ずる。すなわち ａ）タービンは、空気力学的見地から必要である多段で
はあるが、しかしながら、少なくとも、２段から成り立
っていること ｂ）タービンが、圧縮機に、増速伝導装置を介して連結
されること である。. '7f--The solution to this problem arises according to the invention by a combination of the following features. a) the turbine consists of at least two stages, although this is necessary from an aerodynamic point of view; and b) the turbine is connected to the compressor via a speed-up transmission. It is.

段数の増加により、タービン段ごとに、より小さなエネ
ルギー降下が形成され、タービン回転数は低下されるこ
とができる。この多段タービンの伝導装置との組み会わ
せにより、ガスタービン、特に、圧ｌ１機に対するこの
ようなゆっくりと回転するタービンの欠点は、回避され
る。伝導装置の伝導比の適正な選択により、圧縮機は、
低いタービン回転数にもかかわらず、最善の特定の回転
数及び良好な効率において駆動され、同時に、ゆっくり
と回転するタービンの利点が、利用可能となる。タービ
ン内における減少された速度水準及びより小さなガス流
れの案内のために、格子の中におけるＪり擦損失及び輪
郭に基づく損失は減少する。羽根の上におけるガスの力
は、より小さく、また、より少ない羽根うずのために、
輪郭の前部負領域及び後部角頭域内において、応力の減
少が生ずる。これにより、タービンの羽根の応力が、著
しく低下するので、タービン羽根は、セラミック材料か
ら作られることができる。その結果、タービン温度、従
って、ガスタービンの熱的効率は、羽根冷却及びそれに
結び付けられる損失を我慢しなければならないこと無し
に、著しく上昇される。Due to the increase in the number of stages, a smaller energy drop is created per turbine stage and the turbine speed can be reduced. By combining this multi-stage turbine with a transmission system, the disadvantages of such slowly rotating turbines for gas turbines, in particular pressure I1 machines, are avoided. By proper selection of the conduction ratio of the transmission device, the compressor can
Despite the low turbine speeds, the advantages of a slowly rotating turbine, driven at the best specific speed and good efficiency, are made available at the same time. Due to the reduced speed level and smaller gas flow guidance in the turbine, J-rubbing losses and contour-based losses in the grid are reduced. The force of the gas on the blade is smaller and due to less blade swirl,
A reduction in stress occurs within the anterior negative region of the contour and the posterior angular head region. This significantly reduces the stresses in the turbine blades, so that the turbine blades can be made from ceramic materials. As a result, the turbine temperature, and therefore the thermal efficiency of the gas turbine, is significantly increased without having to endure blade cooling and losses associated therewith.

他の実施形態においては、駆動装置は、平歯車伝導装置
、遊星車伝導装置、又は、ベルト式伝導装置として実施
されることができる。歯車伝導装置としての実施におい
ては、圧Ｗｉ機及びタービン軸が反対回転方向を有し、
ジャイロモーメントが幾分相殺されるという利点が生ず
る。遊星車伝導装置においては、両方の軸の同軸性があ
り、小さな構成容積が利点であり、この場合、駆動及び
遮断が、内部遊星歯車と中空歯車との、それぞれ、運動
学的に意味のある組み合わせにより生ずることができる
。In other embodiments, the drive can be implemented as a spur gear transmission, a planetary gear transmission or a belt transmission. In the implementation as a gear transmission, the compressor and the turbine shaft have opposite rotational directions;
The advantage arises that the gyro moments are somewhat offset. In planetary gear transmissions, the coaxiality of both axes and the small construction volume are an advantage, and in this case the drive and disconnection can be made with kinematically meaningful connections between the internal planetary gear and the hollow gear, respectively. Can occur by combination.

ベルト式伝導装置は、伝導装置の騒音の無い運転及び高
価な潤滑装置の省略の利点を有している。Belt transmissions have the advantage of noiseless operation of the transmission and the elimination of expensive lubrication equipment.

軸出力伝導装置としての一つの実施形態においては、出
力タービンと、被駆動軸との間に連結された出力駆動装
置が、ガス発生機の中にある伝導装置と共に共通の伝導
装置ハウジングの中に取り付けられることができ、有利
である。このようにして、構造的費用及び保守経費、潤
滑剤供給、伝導装置の調節が減少される。In one embodiment as a shaft power transmission, the power drive coupled between the power turbine and the driven shaft is in a common transmission housing with the transmission in the gas generator. Advantageously, it can be attached. In this way, construction and maintenance costs, lubricant supply and transmission adjustment are reduced.

本発明の他の実施例においては、ガス発生機のタービン
軸及びタービン側の駆動歯車が分離された軸を有し、そ
れらの軸が、継手を介して連結されることを提案してい
る。これにより、タービンの振動が伝導装置の上に伝達
されること、又は、その逆が回避される。その上、それ
により、ハウジングの変形が、回転子の上に、余り強く
作用しない。その場合、好適には１両方の軸の間に中間
軸が配置されることが望ましい。In another embodiment of the invention, it is proposed that the turbine shaft of the gas generator and the turbine-side drive gear have separate shafts, which shafts are connected via a joint. This prevents the vibrations of the turbine from being transmitted onto the transmission device and vice versa. Moreover, thereby the deformation of the housing does not act too strongly on the rotor. In that case, it is preferable that an intermediate shaft be arranged between the two shafts.

！−１−１ 本発明の実施例が、添ｆ寸図面の中に略図により示され
ており、また、以下の記載の中において詳則に説明され
ている。! -1-1 Embodiments of the invention are shown schematically in the accompanying drawings and are explained in detail in the following description.

第１（２Ｉに示されたガス発生機においては、２段ター
ビン３が、タービン軸５を介して、平歯車駆動装置４ａ
の駆動歯車６に連結されている。圧縮機側の、より小さ
な駆動歯車）が、圧縮１ＩＩ１１と一緒に共通の軸８の
上に軸承されている。In the gas generator shown in the first (2I), the two-stage turbine 3 is connected to the spur gear drive 4a via the turbine shaft 5.
The drive gear 6 is connected to the drive gear 6. A smaller drive gear on the compressor side) is mounted together with the compressor 1II11 on a common shaft 8.

第２図の実施例は、圧縮＄１１８及びタービン軸５が同
軸に配置されており、遊星車伝導装置４ｂを介して連結
されている。タービン側において、遊星９は、圧縮機軸
８に連結された太陽歯車１０を駆動する。In the embodiment shown in FIG. 2, the compression shaft 118 and the turbine shaft 5 are coaxially arranged and connected via a planetary wheel transmission device 4b. On the turbine side, the planets 9 drive a sun gear 10 connected to the compressor shaft 8 .

第３図に示された実施例においては、ガス発生機の駆動
装置は、ベルト式伝導装置４ｃとして実施されている。In the embodiment shown in FIG. 3, the drive of the gas generator is implemented as a belt transmission 4c.

第４図は、軸出力伝導装置としての実施例を示すもので
あるが、これにおいては、第１図において説明をしたよ
うに、圧縮機１及びガス発生ａ！１２の２段タービン３
は、平歯車駆動装置４ａを介して連結されている。燃焼
室２は、ガス発生機のタービン３の後方に配置されてお
り、一方、出力タービン１１は、その前方に、同軸に軸
１２の上にある。出力動力は、出力伝導装置１３を介し
て、被駆動ＩＩＩ！１１１４に導かれる。その場合、出
力伝導装置１３は、ガス発生機２グ）平歯車駆動装置４
ａと一緒に、共通の伝導装置ハウジング１５の中に取り
付けられている。FIG. 4 shows an embodiment as a shaft power transmission device, in which, as explained in FIG. 1, the compressor 1 and the gas generating a! 12 two-stage turbine 3
are connected via a spur gear drive 4a. The combustion chamber 2 is arranged behind the turbine 3 of the gas generator, while the power turbine 11 lies in front of it, coaxially on the shaft 12. The output power is transmitted via the output transmission device 13 to the driven III! You will be directed to 1114. In that case, the output transmission device 13 is the gas generator 2g) spur gear drive 4
a in a common transmission housing 15.

タービン軸５は、スプライン継手１６及び中間軸１７を
介して伝導装置歯車６に連結されている。The turbine shaft 5 is connected to the transmission gear 6 via a spline joint 16 and an intermediate shaft 17.

１匪乱１１ 本発明は、上記のような構成及び作用を有しているので
、ガス発生機を有するガスタービンに、セラミック材料
を問題無しに組み込んだガスタービン駆動装置を提供す
るという優れた効果を発揮するものである。1.11 The present invention has the above-described configuration and operation, and therefore has the excellent effect of providing a gas turbine drive device in which a ceramic material is incorporated without any problem into a gas turbine having a gas generator. It is something that demonstrates the.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は、本発明による中間伝導装置装置を有するガス
発生機の部品を示すＩ２Ｆ図、第２図は、遊星車伝導装
置を有する実施形態を示す略図、第３図は、ベルト式伝
導装置を有する実施形態を示す略図。 第４図は、共通のハウジングの中に、出力伝導装置及び
ガス発生機伝導装置を有している軸出力伝導装置として
の実施例を示す略図である。 １・・・圧Ｓ機、２・・・ガス発生機、３川ガスタービ
ン、４・・・伝導装置、５・・・軸、６・・・伝導歯車
、１１・・・出力タービン、１３・・・出力伝導装置、
１５・・・伝導装置ハウジング、１６・・・セレーショ
ン継手、１７・・・中間軸。 ＦＩ［ｉ、　２1 is an I2F diagram showing the parts of a gas generator with an intermediate transmission arrangement according to the invention; FIG. 2 is a schematic representation of an embodiment with a planetary transmission; and FIG. 3 is a belt transmission. 1 is a schematic diagram showing an embodiment having a FIG. 4 is a schematic representation of an embodiment as a shaft power transmission device having a power transmission device and a gas generator transmission device in a common housing. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Pressure S machine, 2... Gas generator, 3-river gas turbine, 4... Transmission device, 5... Shaft, 6... Transmission gear, 11... Output turbine, 13...・Output conduction device,
15... Transmission device housing, 16... Serration joint, 17... Intermediate shaft. FI[i, 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、圧縮機と、燃焼室と、圧縮機に連結されたタービン
とから成り立っており、そのタービン段は、少なくとも
、部分的にセラミック材料から成り立つているガス発生
機を有しているガスタービン駆動装置において ａ）タービン（３）が、空気力学的見地から必要である
ものとして、多数の段、しかしながら、少なくとも、２
個の段から成り立っていること ｂ）タービン（３）が、圧縮機（１）に、高速に変換す
る伝導装置（４）を介して連結されていることを特徴と
するガスタービン駆動装置。 ２、伝導装置（４）が、平歯車伝導装置（４ａ）、遊星
車伝導装置（４ｂ）又はベルト式伝導装置（４ｃ）とし
て実施されている特許請求の範囲第１項記載のガスター
ビン駆動装置。 ３、ガス発生機（２）の伝導装置（４）及び出力タービ
ン（１１）に連結されている出力伝導装置（１３）が、
共通のハウジング（１５）の中に取り付けられている特
許請求の範囲第１又は２項記載のガスタービン駆動装置
。 ４、タービン（３）及び連結されたタービン側駆動歯車
（６）が、分離された軸を有している特許請求の範囲第
１、２又は３項記載のガスタービン駆動装置。 ５、タービン軸（５）及びタービン側駆動歯車（６）が
、中間軸（１７）及びセレーション（１６）を介して連
結されている特許請求の範囲第１〜４項のいずれかに記
載のガスタービン駆動装置。[Claims] 1. Consisting of a compressor, a combustion chamber, and a turbine connected to the compressor, the turbine stage having a gas generator at least partially made of ceramic material. a) The turbine (3) has a large number of stages, however at least two stages, as required from an aerodynamic point of view
Gas turbine drive, characterized in that:b) the turbine (3) is connected to the compressor (1) via a high-speed converting transmission (4). 2. Gas turbine drive device according to claim 1, wherein the transmission device (4) is implemented as a spur gear transmission device (4a), a planetary wheel transmission device (4b) or a belt type transmission device (4c). . 3. The power transmission device (13) connected to the transmission device (4) of the gas generator (2) and the power turbine (11),
Gas turbine drive according to claim 1 or 2, wherein the gas turbine drive is mounted in a common housing (15). 4. The gas turbine drive device according to claim 1, 2 or 3, wherein the turbine (3) and the connected turbine side drive gear (6) have separate shafts. 5. The gas according to any one of claims 1 to 4, wherein the turbine shaft (5) and the turbine side drive gear (6) are connected via an intermediate shaft (17) and serrations (16). Turbine drive.
JP62253906A 1986-11-20 1987-10-09 Gas turbine drive with gas generator Pending JPS63129130A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3639684.2 1986-11-20
DE19863639684 DE3639684A1 (en) 1986-11-20 1986-11-20 GAS TURBINE ENGINE WITH A GAS GENERATOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63129130A true JPS63129130A (en) 1988-06-01

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ID=6314382

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JP62253906A Pending JPS63129130A (en) 1986-11-20 1987-10-09 Gas turbine drive with gas generator

Country Status (6)

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US (1) US4876849A (en)
JP (1) JPS63129130A (en)
DE (1) DE3639684A1 (en)
FR (1) FR2607190A1 (en)
GB (1) GB2198188B (en)
IT (1) IT1222969B (en)

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